Инженерная гидрология

При строительстве гидротехнических сооружений возникает множество вопросов, связанных с взаимодействием воды и конструкций сооружения. Эти вопросы лежат в исследовательском поле инженерной гидрологии.

Задачи инженерной гидрологии

Предмет изучения гидрологии – различные водные объекты, а также снежный покров, грунтовые воды и ледники.

Гидрология подразделяется на четыре направления, а именно океанология, гидрология суши, гидрогеология и гляциология.

Для строительства наибольший интерес представляет инженерная гидрология, поскольку она позволяет изучать и анализировать процессы, проходящие в природных водах в результате взаимодействия и искусственными сооружениями. В результате создается огромный пул информации, которую можно систематизировать и применять в практических целях.

Задачи инженерной гидрологии включают:

• определение расчетных гидрологических характеристик, которые будут использоваться при проектировании инженерных сооружений;
• поиск статистических связей между случайными величинами (стоки и осадки, расходы и уровни).

Гидрология использует специальные метода, которые позволяют делать выводы о поведении и процессах в отсутствии достаточного количества данных.

История гидрологии насчитывает тысячи лет, человечество всегда селилось у водных объектов, а первые гидротехнические сооружения создавались за четыре тысячи лет до нашей эры. Но как самостоятельная наука инженерная гидрология очень молода, поскольку долгое время рассматривал как часть других наук.

В России активное изучение водных объектов с инженерной точки зрения началось при Петре 1, по его указу был установлен первый водомерный пост. Император обладал визионерским мышлением, что во многом предопределило современное состояние страны. По его решению были улучшены судоходные пути, строились шлюзы и каналы.

Рисунок 1. Расчет гидрологических характеристик при разном объеме информации. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Основные понятия инженерной гидрологии

В ходе изучения инженерной гидрологии студенты знакомятся с рядом основных понятий и математическими основами гидрологических расчетов.

К основным понятиям относится:

• теория стока, режим стока зависит от физик-географических факторов, как метеорологических, так и геологических. Объем стока определяется климатом, но от структуры пород зависит поглощение. К примеру, в горной местности объем осадков велик, но скальные грунты не впитывают влагу, и она стекает вниз к долине, питая горные реки. Обильные дожди вызывают кратковременные паводки и резкий подъем уровня воды. В равнинной местности скорость стекания воды намного меньше, чем в горах, к тому же большая часть осадков впитывается в грунт и уровень остается неизменным;
• испарения и метод теплового баланса (испарение с поверхности воды, испарение с поверхности почвы.
• осадки, количество осадков измеряется осадкомером Третьякова. К осадкам относятся дождь и снег;
• уравнение водного баланса, которое имеет важное значение для визуализации процессов кругооборота влаги на рассматриваемой территории. Уравнение может составляться для речного или озерного бассейна, исходя из принципа сохранения воды. Для составления уравнения потребуется площадь, осадки, конденсация, количество воды из соседних бассейнов, испарения, сток через замыкающий створ и количество воды, поступающее из соседних бассейнов из-за разницы водоразделов.

Условия питания реки делятся на 4 вида - снеговое, дождевое, ледниковое и грунтовое. К примеру, Дон имеет 60% снегового питания, 7 % дождевого и 33 % грунтового. А река Терек имеет 11% снегового питания, 21 % дождевого, 37% ледникового и 31 % грунтового. По виду питания реки делятся на типы. К первому типу относят реки, которые преимущественного получают питание от снега и грунта, они расположены на равнинах и характеризуются снеговым половодьем и осенними паводками. Второй тип рек имеет преимущественно ледниковое и грунтовое питание, а реки обычно расположены в горной местности. Третий тип рек имеет снеговое и дождевое питание, большая часть стока рек приходится на период с мая по октябрь.

Самыми непредсказуемыми являются реки четвертого типа, разрушительная сила потоков и ливневых паводков непредсказуема. При проектировании гидротехнических сооружений это будет означать особые требования по надежности к затворам. Отказ систем может быт вызван переполнением водохранилища или переливом воды через гребни.